第1章第2节第1课时语文.docx
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第1章第2节第1课时语文
第2节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
[目标导航] 1.理解电解原理、电解池的组成、电极反应的概念。
2.学会电解电极产物的判断,能正确书写电极反应式和电解方程式。
一、熔融氯化钠的电解
1.实验现象
通电后,石墨片周围有气泡产生,铁片上生成银白色金属。
2.实验分析
(1)熔融的氯化钠中存在的微粒Cl-、Na+。
(2)通电后离子移动方向:
Cl-向石墨电极移动,Na+向铁电极移动。
(3)电极上的电极反应:
铁电极:
2Na++2e-===2Na;石墨电极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
3.实验结论
熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化,分解生成Na__和__Cl2。
从得失电子角度分析:
铁电极上发生还原反应,石墨电极上发生氧化反应。
二、电解原理
1.电解
让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质,而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。
2.电解池
(1)定义:
将电能转化为化学能的装置。
(2)组成:
与直流电源相连的两个固体电极;电解质溶液或熔融的电解质;形成闭合回路。
(3)电极名称与电极反应:
阳极:
与电源正极相连,溶液中阴离子移向此极,失去电子,发生氧化反应。
阴极:
与电源负极相连,溶液中阳离子移向此极,得到电子,发生还原反应。
(4)电子流向:
电源负极→导线→电解池的阴极;电解池的阳极→导线→电源的正极。
【练一练】
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)电解是把化学能转化为电能(×)
(2)电解质溶液导电一定发生化学反应(√)
(3)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现(√)
(4)任何溶液被电解时,必须导致氧化还原反应的发生(√)
(5)电解、电离均需要通电才能实现(×)
(6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程(√)
2.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图,下列有关判断正确的是( )
A.通过该装置可以将化学能转化为电能
B.石墨电极为正极
C.Na+在铁电极上得到电子被还原为钠单质
D.电流从负极流出,流入铁电极
解析 电解装置是把电能转化为化学能,A错;石墨电极连接电源正极为阳极,B错;铁电极是阴极,Na+在铁电极上得到电子被还原,C正确;电子从负极流出,进入铁电极,电流方向与电子流向相反,D错。
答案 C
3.工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。
试分析电解熔融MgCl2的原理,写出有关的电极反应式及总反应方程式。
电极反应式
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑;
阴极:
Mg2++2e-===Mg。
一、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写
1.阳极产物的判断
(1)活性金属电极(除Pt、Au外的金属材料):
电极金属失电子,生成对应的金属阳离子,阴离子不放电。
(2)惰性电极(Au、Pt、石墨):
溶液中的阴离子失电子,生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序:
S2->I->Br->Cl->OH->高价态含氧酸根>F-。
2.阴极产物的判断
(1)与电极材料无关,直接根据阳离子放电顺序进行判断,溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物。
(2)阳离子的放电顺序:
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Ni2+>Fe2+>Zn2+>Mn2+>较活泼金属阳离子(注意Fe3+的顺序)。
3.电极反应式与电解反应式的书写
以石墨电极电解CuCl2溶液为例
(1)电极反应式的书写:
①确定阴、阳极。
与电源正极相连的为阳极,与电源负极相连的为阴极。
②分别写出两极上出现的离子。
阴极:
Cu2+、H+,阳极:
Cl-、OH-。
③判断阴、阳极放电顺序。
阴极:
Cu2+>H+,阳极:
Cl->OH-。
④写电极反应式。
列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数。
阴极:
Cu2++2e-===Cu,阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
(2)电解反应方程式的书写:
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加,消去相同项,并注明条件“通电”。
电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2
Cu+Cl2↑。
【关键提醒】
1.若是水电离出的H+(或OH-)得(或失)电子,在总反应式中应有H2O参与反应。
2.由电极反应式相加得总电解方程式前,必须使两电极反应式中得失电子数相等。
【例1】如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,氯离子浓度不变
解析 电流从电源的正极流出,故a为正极,b为负极;c为阳极,d为阴极。
电解时,因Cu2+移向阴极d,在阴极放电析出Cu,故d电极质量增加;Cl-移向阳极c,在阳极放电逸出Cl2,导致溶液中Cl-浓度降低。
答案 C
【反思感悟】
变式训练1 下图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b电极附近溶液呈红色。
下列说法正确的是( )
A.X是负极,Y是正极
B.Pt是阴极,Cu是阳极
C.CuSO4溶液的pH逐渐减小
D.CuSO4溶液的pH不变
解析 b电极附近溶液呈现红色,说明b电极处生成了氢氧根离子。
电解食盐水阳极发生氧化反应产生氯气,阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠,因此b电极是阴极,与电源的负极相连,则Y为负极,X为正极;铂电极与电源的正极相连,作阳极,铜电极作阴极;电解硫酸铜溶液时,阳极发生氧化反应;水电离出的氢氧根离子放电,阴极发生还原反应:
铜离子放电,这样溶液中不断产生H+,溶液显酸性,pH变小。
答案 C
二、惰性电极电解电解质溶液的规律
【关键提醒】惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质时,遵循“少什么加什么,少多少加多少”的原则,所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。
【例2】下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
下列实验现象中正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
解析 电解Na2SO4溶液时,a为阴极:
4H++4e-===2H2↑,b为阳极:
4OH--4e-===O2↑+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,石蕊显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,石蕊显红色。
答案 D
【反思感悟】判断电解后溶液酸、碱生成的方法
(1)若电解产物只有H2,而无O2,则阴极生成碱。
(2)若电解产物只有O2,而无H2,则阳极生成酸。
(3)若电解产物既有O2,又有H2,且二者物质的量之比为1∶2,则实质是电解水,阳极生成酸,阴极生成碱,最终溶液中无酸和碱生成。
变式训练2 下图中X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味气体放出。
符合这一情况的是下表中的( )
选项
a电极
b电极
X电极
溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
解析 由a极板质量增加,知溶液中阳离子在a极板析出,则a为阴极,X为负极;因B中a极板不析出金属,C中X为正极,故B、C错;又由b极板有无色无味气体放出,知D错。
答案 A
1.以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉),下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O
2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。
由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。
答案 D
2.用石墨作电极,电解下列物质的溶液,其实质不是电解水的是( )
A.NaNO3B.NaOH
C.Na2SO4D.NaCl
答案 D
3.用惰性电极电解下列溶液,其中随着电解的进行,溶液pH逐渐减小的是( )
①氯化钠溶液 ②硫酸铜溶液 ③氢氧化钠溶液 ④稀硫酸 ⑤稀盐酸 ⑥硫酸钠溶液
A.①③⑤B.②④⑤
C.②④D.②④⑥
答案 C
4.用惰性电极电解足量下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质),能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( )
A.AgNO3[AgNO3]B.NaOH[H2O]
C.KCl[KCl]D.CuSO4[Cu(OH)2]
答案 B
5.从NO
、SO
、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl-等离子中选出适当的离子组成电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。
(1)两极分别放出H2和O2时,电解质的化学式可能是
______________________________________________________________________(至少答一种,下同);
(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时,电解质的化学式可能是_____________________________________________________________________;
(3)两极分别放出气体,且体积比为1∶1,电解质的化学式可能是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析
(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质,其阳离子是H+或比H+放电能力弱的Ba2+;阴离子是OH-或比OH-放电能力弱的SO
、NO
,则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。
(2)阴极上的阳离子应是比H+放电能力强的Cu2+、Ag+,阳极上阴离子应是放电能力弱于OH-的NO
、SO
,由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质,即符合题意。
(3)阴极放出的是H2,阳极是Cl-放电生成Cl2。
答案
(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2
(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3
(3)HCl、BaCl2
分层训练
[基础过关]
一、电解池的电极名称的判断
1.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是( )
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
解析 电子由电源的负极流出,故a是阴极、d是正极,溶液中阳离子移向阴极。
答案 B
2.电解池中,阳极的电极材料一定( )
A.发生氧化反应B.与电源正极相连
C.是铂电极D.得电子
解析 阳极材料为活泼金属,将直接发生氧化反应;若为惰性电极,则最易失电子的阴离子发生氧化反应。
答案 B
3.把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3混合物放入足量水中,经充分搅拌后,将所得溶液用石墨作电极进行电解,阳极生成的物质是( )
A.H2B.Ag
C.Cl2D.O2
解析 本题考查电解的实质,Na2SO4、NaCl、AgNO3三种物质混合放入水中,经搅拌后,生成AgCl沉淀,溶液中的离子是Na+、SO
、NO
,通电时阳极是
OH-放电,放出氧气。
答案 D
二、电极反应式、电解方程式的书写
4.有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是( )
A.甲中负极反应式为2H++2e-===H2↑
B.乙中阳极反应式为Ag++e-===Ag
C.丙中H+向碳棒方向移动
D.丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体
解析 由图知,甲、丙为原电池,甲中Zn为负极,负极反应式为Zn-2e-===
Zn2+,A错;丙中Fe为负极,碳棒为正极,H+向正极移动,C正确;乙、丁为电解池,乙中Ag作阳极,本身失电子,B错;丁中放电顺序:
I->Cl-,开始产生I2,D错。
答案 C
5.下面列出了电解不同物质的电极反应式,其中错误的是( )
A.电解饱和食盐水,阴极:
Na++e-===Na
B.电解CuSO4溶液,阴极:
Cu2++2e-===Cu
C.电解熔融NaCl,阴极:
Na++e-===Na
D.电解NaOH溶液,阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
解析 本题考查了电极反应式的书写和电极产物的判断。
A中电解饱和食盐水时,阴极应是H2O电离出的H+得电子放出H2。
答案 A
6.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其它电极均为Cu,则( )
A.电流方向:
电极Ⅳ→
→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:
Cu2++2e-===Cu
解析 注意左边两个烧杯形成双桶原电池,最右边烧杯是电镀池。
各电极名称依次是Ⅰ(负极)Ⅱ(正极)Ⅲ(阳极)Ⅳ(阴极)。
A项,电子从Ⅰ经A流向Ⅳ,电流方向相反,故A正确。
B项,铝是金属失电子,还原剂发生氧化反应。
C项,Ⅱ极上有铜析出。
D项,Ⅱ阳极铜溶解,Ⅳ阴极铜析出。
答案 A
三、酸、碱、盐溶液的电解规律
7.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。
下列叙述正确的是( )
A.F表示反应生成Cu的物质的量
B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C.E表示反应生成O2的物质的量
D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
解析 电解实质为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,则每通过
4mole-,生成2molCu、1molO2,消耗2molH2O,生成2molH2SO4。
答案 B
8.用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成,则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有( )
①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小
③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大
⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可能减小
A.①②③B.①②③④
C.①②③④⑤D.全部
解析 用惰性电极电解时两极只有H2和O2,则实质上电解的是水,电解质不参与反应。
该电解质有3种可能,如电解H2SO4溶液时,水被电解,H2SO4的浓度变大,pH减小;电解NaOH溶液时,水被电解,NaOH浓度变大,pH增大;电解Na2SO4溶液时,水被电解,Na2SO4的浓度变大,pH不变,但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变,故①、②、③、④、⑤正确,⑥不正确。
答案 C
9.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如图,电解总反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
解析 由电解总反应式可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;石墨作阴极,电极反应为2H++2e-===H2↑,A选项正确;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,D选项错误。
答案 A
10.下图所示的电解池I和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。
电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>d。
符合上述实验结果的盐溶液是( )
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
AgNO3
CuSO4
解析 题意表明b、d没有气体逸出,所电解的盐溶液中金属元素,应该在金属活动顺序表中(H)后,只有D符合题意。
答案 D
[能力提升]
11.在如图中,A为直流电源,B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸,C为电镀槽。
接通电路,断开K后,发现B上的c点显红色。
请填空:
(1)电源A的a为________极。
(2)滤纸B上发生的总反应方程式为_______________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通K点,使c、d两点短路,则电池e上发生的反应为________,电极f上发生的反应为________,槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。
解析 c点显红色,说明在c点产生了碱。
根据电解饱和食盐水的原理可知c点为阴极,则电源与之相连的一极为负极,所以a极为正极。
B上发生的即是电解饱和食盐水的反应。
根据电镀原理,镀层金属放在阳极,被镀物件放在阴极,再确定所发生的反应。
在电解池中,阳极与电源正极相连,阴极与电源负极相连。
在阳极,溶液中的阴离子(惰性电极)或阳极本身失电子(非惰性电极),发生氧化反应;在阴极,溶液中的阳离子得电子,发生还原反应。
答案
(1)正
(2)2NaCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2NaOH
(3)Zn-2e-===Zn2+ Zn2++2e-===Zn ZnSO4溶液 ZnCl2溶液
[拓展探究]
12.高氯酸铵(AP)受高温和猛烈撞击能引起爆炸,可用作火箭推进剂。
目前制备高氯酸铵的流程如下:
―→混合物A
HClO
HClO3
HClO4
NH4ClO4
(1)写出Cl2和NaOH溶液反应的离子方程式:
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)将HClO3加入到电解槽中,电解产生H2和O3,产生H2的电极名称为__________,写出产生O3的电极反应式:
_____________________________________________________________________。
(3)O3与ClO
反应生成ClO
,O3与ClO
的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。
解析
(2)从化合价的变化情况分析,H2是还原产物,因此必在电解池的阴极产生,O3是氧化产物,在阳极产生,阳极上阴离子放电,只有溶液中的OH-放电,由此可写出电极反应式。
(3)O3与ClO
反应生成ClO
时,氧化产物已明确,在酸性条件下O3的还原产物必为H2O,故根据得失电子守恒可得两者物质的量之比。
答案
(1)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
(2)阴极 6OH--6e-===O3↑+3H2O
(3)1∶3
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